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Il est nommé premier ministre après la victoire aux élections législatives d' de l'Union des forces démocratiques (UFD) dont il est le président. Il forme un cabinet de coalition avec le Mouvement des droits et des libertés (MDL). Il lance une politique « de choc » afin de restructurer et dynamiser l'économie bulgare : privatisation des entreprises d'état, investissements à l'étranger, restitution des biens nationalisés, réforme fiscale.
Le , il signe un traité de coopération, de sécurité et d'amitié avec la Turquie. Sa radicale réforme économique qui lèse une partie importante de la population entraîne des tensions entre le gouvernement et le MDL proche de la Confédération du travail Podkrepa. Dimitrov se résout à démissionner et à proposer à l'assemblée le la formation d'un nouveau cabinet sur la base d'une alliance UFD/MDL.
Le , son cabinet reconnait l'indépendance de la Macédoine. En , une affaire de contrat d'armement avec la République de Macédoine alors sous embargo de l'ONU est révélée au grand jour. Il réclame un vote de confiance au parlement. Son gouvernement recueille 111 votes contre 120. Il démissionne le .
Source bibliographique
Raymond Detrez Historical dictionary of Bulgaria éd. Rowman & Littlefield 2015 p. 160 (ISBN978-1-4422-4179-4)
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